​低气压环境效应

 

4.1.2.2 物理、化学效应

低气压环境可能导致装备（产品）产生下列物理、化学效应：

a)密封垫密封的壳体漏气、漏液体；

b)密封容器变形、破损或破裂；

c)低密度材料的物理和化学性能发生变化；

d)装备因热热传导降低而发生过热；

e)润滑剂蒸发；

f)发动机的启动和工作不稳定；

g)真空密封失效。

 

4.1.2 电效应

电弧或电晕放电造成装备失效或工作不稳定。

《GJB 150.2A-2009》

 

 

方法1001 低气压（高空工作）

1 目的

本试验是模拟飞机或其他飞行器在高空飞行中所遇到的低气压条件来进行的。本项试验的目的测定元器件和材料在气压减小时，由于空气和其他绝缘材料的绝缘强度减弱抗电击穿失效的能力。在低气压条件下，即使介质不会被完全击穿，但会增强电晕放电、介质损耗和电离等有害影响。此项试验还可以用来检验低气压条件下的其他效应，如稀薄空气使绝缘材料介电常数发生变化、使发热元器件散热能力降低等对元器件工作特性的影响。

《GJB 548B-2005 微电子器件试验方法和程序》

Test methods and procedures for microelectronicdevice

 

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环境效应（单一环境因素）

 

低气压

失效模式

包装器材破裂，产生爆炸性膨胀

电气性能变化，机械强度降低

绝缘击穿，形成逆弧，出现电晕和臭氧

失效机理

膨胀

放出气体

空气介电强度降低

 

爆炸减压

失效模式

产生断裂

结构破坏

失效机理

巨大的机械应力

 

成对环境效应（与高温成对出现的环境因素）

低气压

这两个环境因素是相互依赖的，例如，当压力降低时，材料成分的放气速率加快，而当温度升高时，材料成分的放气速率也加快。因此，一个因素将增大另一个因素的影响。

 

成对环境效应（与低温成对出现的环境因素）

低气压

这个环境组合能加速通过密封口处的漏气或漏液

 

成对环境效应（与湿度成对出现的环境因素）

低气压

湿度会加强低气压的影响，这种影响对电子或电气设备尤其明显。但是这个组合的实际影响在很大程度上还取决于温度的高低

 

成对环境效应（与振动成对出现的环境因素）

这个组合会增大以所有设备的影响，而受影响最大的是电子设备和电气设备

《综合环境试验应用技术 概论试验及设备》ppt 胡志强 2014

 

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1 低气压环境对装备的影响

1.1 低气压环境

空气由于受到地球引力作用而具有一定重量形成大气压力，在某高度上的大气压力，是该点以上垂直于地面的单位面积上整个空气柱的重量。随着高度的增加，空气逐渐变得稀薄，大气压力逐渐降低。据实际测量，在海平面3000m以内，高度每升高10米，气压降低100Pa，在接近31km处的大气压力为海平面标准大气压值的1/100。大气压力除了与高度有关外，还和大气变化有关系，同一地点，晴天气压高阴天气压低，冬天气压比夏天气压高。

我国约有50%的地球表面积高于海平面1000m，约有25%的面积高于海平面2000m。可见，在地球表面高于海平面处和空中贮存、运输和使用的装备都不可避免地会遇到低气压环境，受到低气压环境的作用。对于航空产品，由于飞机最高飞行高度最低也有数千米，一般要飞近万米及万米以上，最高可达30km。故机载设备将承受比高原设备更为严酷的低气压作用。

 

1.2 低气压环境对装备的影响

低气压环境对装备的影响是多方面的：包括气压降低造成的压力差产生的直接机械影响，空气密度降低对散热和动力设备推力的影响及对电气设备的电性能的影响，压力差导致密封损坏后造成的附加影响和对挥发性物质的有害影响等。

 

1） 直接的破坏带壳密封产品

带壳密封产品在低气压的作用下，由于内外压差过大将直接导致壳体破坏，压差存在也导致密封损坏。

 

2） 降低电性能

在正常大气条件下，空气是较好的绝缘介质，许多电器产品采用空气作为绝缘介质。当这些产品用于高海拔地区或作为机载设备时，由于大气压力降低，常常在电场强度较强的电极附近产生局部放电现象。更严重的是有时会发生空气间隙击穿，这意味着设备的正常工作受到破坏。所以，低气压环境对电工电子产品的电气性能也会产生影响，特别是以空气作为绝缘介质的设备低气压对其影响更为显著。

 

3） 导致散热产品大幅度温升

所谓散热产品，是指在自由空气条件下和规定的大气压力进行测量时，试验样品温度达到稳定后，其表面最热点的温度与环境温度之差大于5℃的试验样品。

电工电子产品中有相当一部分是散热产品，如电机、变压器等，这些产品在使用中要消耗一部分电能，使其变成热能，使产品温度升高。散热产品的温升随海拔高度的增加（大气压力的降低）而增加。温升与海拔高度大致成线性关系，其斜率取决于本身结构、散热情况、环境温度等因素。

 

4） 导致挥发性物质的流失

压力的降低，会使液体的沸点降低，对于那些在海平面正常大气条件下有较高饱和节气压的液体，低气压使其蒸发甚至沸腾。

液体蒸发过程是一个平衡过程，即液体分子受到能量挥发到空气中的分子数量与被空气分子撞回到液体表面而束缚住的分子数量到达平衡的过程。当大气压力降低，空气密度下降，进入空气中的液体挥发的分子被撞回到液体表面上的可能性也大大降低，因此在低气压条件下液体挥发的速度将大大增加（或润滑脂）加速挥发，造成活动部件摩擦加剧，使活动部件表面加快磨蚀。

有机材料中的增塑剂也会因气压降低而加速挥发。增塑剂的挥发促使有机材料老化，使其机械性能或电气性能发生变化。

挥发物的挥发也会污染产品及其周围物件，导致产品物件受污染甚至腐蚀破坏。

基于以上低气压环境对装备的影响，产生的典型的低气压环境效应有：密封壳体内漏出气体或液体；密封容器变形、破裂或爆炸；低密度材料的物理、化学性能发生变化；低压下电弧或电晕放电引起设备误动作或出现故障；低压下热传递效能降低使设备过热；润滑剂挥发；发动机起动和燃烧不稳定，且推力或牵引力下降；气密密封失效等。

《低气压试验标准及试验技术分析》 2014

http://www.doc88.com/p-5377789677927.html

 

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1 低气压环境试验对产品造成的影响

当气压减小时空气绝缘材料的绝缘强度会减弱，易产生电晕放电、介质损耗增加和电离等现象，气压减小使散热条件变差，元器件温度上升，这些因素容易使被试样品在低气压条件下丧失规定的功能，甚至产生永久性损伤。在超高真空环境条件下（如星载产品的宇航使用环境），产品除了会发生散热困难外，某些金属和高分子材料会发生蒸发、升华和分解现象。这种情况下产生的有害气体，会影响产品的可靠性，尤其对塑封产品的影响会更大。

《低气压试验标准及试验技术分析》 2015

http://www.doc88.com/p-2196612310771.html

 

1 对密封性能的影响

低气压对密封产品最直接的影响是压力降低产生的压力差，使得密封产品的内外压力不同，产生压力差，在这个压力作用下会使密封破坏，造成密封产品结构的损坏或密封失灵，致使潮湿气体或液体进入产品内部而使设备失效，或者导致气体或液体流出，例如润滑剂流出，致使摩擦力增大，加速仪器的损坏。主要是针对于一些在标准低气压条件下制作的产品，而在低气压环境下使用，可能由于产品内外的压力差致使产品密封破坏。

 

庚桂平[15]在《机载设备环境条件与试验方法——低气压（高度）》简介中就介绍了因低气压导致的密封破坏，致使潮湿气体或液体进入。宋钊等人[16—17]研究了低气压、振动对包装件密封性和连续螺纹盖密封性的影响，分析了塑料软包装袋和连续螺纹盖容器在运输中的受力作用使密封失效，有必要对在高海拔低气压地区运输的包装件进行低气压的试验。

 

吴艳叶等人[18]研究了气压变化对充气包装的影响，主要影响有包装袋内外压力差、气压变化对包装材料性能的影响以及对包装内部物品的影响。因此，对包装的密封性有较大的影响。

 

2 对散热性能的影响

军用或民用的一部分装备及元器件是散热产品，如电机、变压器、计算机主机等，这些产品在使用过程中都要产生热能，会使产品或器件本身的温度升高。此外，由于大气压力降低，空气的导热系数也随之降低，对于以空气或自然对流为主要散热介质的装备或器件，热量难以传递出去，致使产品的温度升高，产生过热现象。因此，散热产品的温升随大气压力的降低而增加，温升与大气压力大致成线性关系，其斜率的大小取决于装置本身结构、散热情况和所在环境温度等因素。

 

刘宁宁等人[19]分析讨论了高海拔低气压地区对电子产品绝缘性能和温升的影响，比较了不同气压条件下对电子产品温升的影响。通过以适配器和显示器为研究对象，研究得出温升随着大气压力的降低而升高，散热越困难。

 

黄璐[20]分析了低气压对电子元器件散热性能和电性能的影响，指出低气压对电子元器件的性能有影响，严重时导致电子元器件损坏。梁斌等人[21]研究了低气压环境对换热器显热换热系数的影响，得出显热换热系数随气压的降低而减小。

 

赵磊等人[22]研究了低气压环境对计算机芯片散热性能的影响，经过实验表明，计算机芯片和散热片表面的温度随气压的降低而升高。胡松涛等人[23]通过实验测试了在低气压和常压条件下电加热器的表面传热系数变化情况，得出气压降低而电加热器表面传热系数也降低，导致电加热器的表面温度升高。赵建民等人[24]研究了高原高寒环境对工程车辆的影响，指出低气压主要造成柴油燃烧效率降低，从而致使工程车辆的动力性和加速性下降。因此，低气压对于具有散热性能的装备及元器件有着非常重要的影响，严重时会使装备及元器件损坏。

 

3 对电性能的影响

在标准大气压条件下，空气是较好的绝缘介质，许多电气设备都采用空气作为绝缘介质。当这些装备及元器件用于高海拔低气压地区使用时，由于大气压力降低，导致在电场强度较强的电极附近产生局部放电现象，严重时会发生空气间隙击穿，使得设备不能正常工作，或者使空气介质灭弧的开关电器灭弧性能降低。因此，低气压环境对电工电子产品的电气性能也会产生影响，特别是以空气作为绝缘介质的设备，低气压对其影响更明显。

 

刘宁宁等人[19]分析讨论了高海拔低气压地区对电气间隙击穿电压的影响，得出大气压力降低，绝缘材料的击穿电压越容易发生，同时给出了不同气压下击穿电压的修正值以及不同气压条件下电气间隙的修正值。曹寅等人[25]研究了高海拔地区低气压对电子产品间隙击穿电压的影响，并在低气压试验箱及高海拔地区进行了试验验证。徐健等人[26]在研究低气压环境对大功率滤波器设计的影响中给出“在低气压环境下滤波器极易打火，且一旦打火，滤波器不能正常工作，严重时会烧毁相关部件”。

司马文霞等人[27]研究了气压对放电脉冲的影响，得出大气压力的降低导致覆冰空气间隙起晕，电压呈幂函数或指数函数降低。葛景滂、田志海等人[28—29]研究了低气压环境下聚合物绝缘材料内部放电能量特性，得出低气压使得绝缘材料内部放电更加容易发生，使得在消耗相同的放电量下产生了更多的电荷，加剧了绝缘材料的老化，危害性增大。

 

关志成等人[30]研究了低气压条件下绝缘子的污闪电压，研究得出，气压越低，对污闪电压的影响越明显，且对直流电压下的影响小于交流电压下的影响。张志劲等人[31]研究了低气压条件绝缘子直流电压下的污闪放电情况，揭示了低气压环境下造成局部电弧发展为飘弧现象的主要原因是由低气压造成的静电力和热浮力的变化差异。王向朋等人[32]研究了高海拔特高压直流绝缘子的污闪特性，研究得出随着海拔高度的升高, 污秽绝缘子的闪络电压会有规律地降低。

 

4 低气压对装备力学性能的影响

大气压力的降低会影响装备力学性能，例如压力降低会使润滑油（或润滑脂）加速挥发，造成部件之间磨擦加剧，使活动部件的表面加快磨损；或者油耗增加，效率降低；还有直接影响发动机轴承问题和降低发动机的功率等。

魏伟等人[33]研究了高原低气压对列车制动能力的影响，分别对不同长短的列车进行研究，得出气压的变化主要影响制动缸平衡压力，进而影响列车制动能力，同时，低气压环境下，列车紧急制动距离缩短。

 

刘瑞林等人[34—36]研究了高海拔低气压对涡轮增压柴油机的影响，研究得出，随着气压的降低，涡轮增压柴油机的动力性和经济性都有影响。随着气压的降低，燃油消耗率逐渐增加，对于转速高的影响较小，对于转速低的影响较大。此外，陈贵升[37]、申立中[38]、郭猛超[39]等人也分别探讨了高海拔低气压环境下对柴油机的影响，都指出随着气压的降低，柴油机的整体动力性能下降。

冯凯等人[40—41]研究了低气压对发动机轴承性能的影响，得出了随着环境气压的降低, 发动机的主轴承和连杆大端轴承载荷减小；在低气压环境下，发动机转速与轴承的工作稳定性成反比。此外，在研究沙尘和低气压共同作用于发动机轴承时，会加重发动机的工作不稳定性。

 

5 低气压与其他环境因素的综合影响

对于装备及元器件所处的环境，是各种环境因素共同作用而成。低气压环境主要在高海拔地区或是高空地区，在这些地区，除了低气压较为明显，还有相应的低温、太阳辐射强等。因此，低气压往往是与其他环境因素共同作用的。

 

赵世宜等人[13]介绍了低气压与低温、高温的共同作用对装备及元器件的影响，低温可以减小由于低气压引起的温升升高和补偿由于低气压造成的液体沸点降低，同时，低温可能导致液体冻结、材料收缩、变脆，使产品损坏的危险性增加；也会使燃烧速率降低。高温和低气压共同作用会加速液体和润滑油的挥发，降低空气热传导，使温升升高或产品过热，加速塑料产品的老化，使电晕起始电压和击穿电压明显降低，使表面放电或电晕放电的危险性增加。

 

冯凯等人[40]研究了沙尘和低气压共同作用下对发动机轴承性能的影响，得出了在低气压环境下，发动机转速与轴承的工作稳定性成反比。沙尘和低气压共同作用于发动机轴承时，会使发动机的工作更加不稳定[41]。

宋钊等人[16—17]研究了低气压和振动共同作用时对包装件密封性和连续螺纹盖密封性的影响，得出在低气压和振动同时对包装和连续螺纹盖容器的密封性作用时，会加快包装件破损以及使连续螺纹盖产生缝隙，致使密封失效。

 

赵建民等人[24]研究了高原高寒环境对工程车辆的影响，指出低气压同温度、日照时数、温度差等环境因素共同影响工程车辆，致使工程车辆的整体性能下降，特别是对发动机的影响严重。宣卫芳等人[42]研究了高分子塑料材料在拉萨、海南、重庆、敦煌和漠河地区的老化程度，对比分析得知，在拉萨试验的高分子试验老化程度大于其他地区，主要是由于拉萨地处高原高寒地带，低气压、低温等加速了高分子材料的老化。高强、庞志斌等人[43]研究得出低气压与其他环境因素对武器装备的性能、电子设备、机动能力、维修保养等方面产生了较大的影响，降低了武器装备的整体作战能力。此外庞志斌等人[44]从理论上进行了提高武器装备环境适应性对策研究，使得武器装备发挥其应有的作战效能。俞一鸣等人[45]研究了高原环境对防空武器的影响，指出低气压、低温以及其他环境因素造成车辆发动机过热、功率下降等，当气压每下降12%时，车辆发动机功率下降1%~7%；雷达设备容易产生电晕甚至放电现象，当气压每下降12%时，雷达设备电晕电压下降8%~12%。周广猛等人[46]研究了高原低气压环境对车辆动力性的影响及动力提升措施，指出了高原低气压环境对车辆的有效热效率、循环喷油量、滚动阻力系数、空气密度对空气阻力的影响等，进而影响车辆的整体性能。

综上所述，在低气压环境中除了低气压对装备及元器件主要的影响以外，往往会同其他环境因素共同作用影响，在高海拔或高空地区，低气压往往同低温、太阳辐射等共同作用，在沙漠环境中与沙尘共同影响。

《赵斌等：浅析低气压对装备及元器件的影响》2016